Domowa stacja ładowania – budowa, komponenty i bezpieczne użytkowanie w praktyce

fot. Sterownik ładowania CHARX SEC-1000

Domowa stacja ładowania, często nazywana wallboxem, jest zwykle montowana na ścianie lub stojaku, w garażu lub wiacie garażowej. Wallboxy (naścienne stacje ładowania) stanowią najliczniejszą kategorię kupowanych stacji ładowania. Konstrukcja takiej stacji jest zazwyczaj bardzo prosta, jednostanowiskowa i ogranicza się do spełnienia minimalnych wymagań technicznych, dzięki czemu jest to relatywnie tanie rozwiązanie.

Miejsce montażu wallboxa

Jedną z pierwszych rzeczy, nad którymi powinniśmy się zastanowić, jest lokalizacja montażu stacji ładowania. Powinna ona być wybrana w taki sposób, aby wszystkie czynności związane z ładowaniem były zawsze bezpieczne. Podłączenie pojazdu powinno być możliwe bez użycia przedłużaczy lub bębnów kablowych. Stacja ładowania powinna być zatem zainstalowana w bezpośrednim sąsiedztwie miejsc parkingowych, które mają być zasilane.

Stację ładowania należy dobrać do warunków otoczenia. W miejscu jej pracy należy zapewnić odpowiednie oświetlenie. W zależności od miejsca instalacji i sposobu użytkowania, stacja ładowania powinna spełniać wymagania dotyczące czynników środowiskowych: wytrzymałości mechanicznej (ochrona przed uderzeniami, wandalizmem), odporności na warunki atmosferyczne (odpowiedni stopień ochrony, zakres temperatur pracy), promieniowanie UV, korozję, wibracje.

Zasilanie z domowej instalacji elektrycznej pozwala na zredukowanie niektórych komponentów, takich jak licznik energii czy ograniczniki przepięć (montaż stacji ładowania w LPZ 2,3).

Budowa wallboxa

Przykładowa instalacja punktu ładowania samochodów elektrycznych w bloku wspólnoty mieszkaniowej:

Sterownik ładowania

Sercem układu, czy też mózgiem stacji ładowania jest sterownik tutaj – sterownik CHARX SEC-1000. Odpowiada on za komunikację z pojazdem oraz nadzoruje proces ładowania. Opracowany zgodnie z normą IEC 61851-1 (Tryb 3, B i C) gwarantuje wysoką kompatybilność i bezpieczną pracę ze wszystkimi obecnie produkowanymi samochodami elektrycznymi.

Funkcje kontrolerów ładowania klasy 1000

Gniazdo i kable ładowania

Gniazda ładowania oraz kable ładowania AC oferowane przez Phoenix Contact dostępne są w wersjach jedno- i trójfazowych, dla prądów do 32A. Najszybsze ładowanie pojazdu uzyskamy poprzez sieć trójfazową, oczywiście przy prądzie 32A. Przeszkodą mogą być parametry naszej instalacji (np. za mała moc przyłączeniowa, przekrój przewodów, brak instalacji trójfazowej itp.).

Podczas ładowania pojazdu elektrycznego należy wziąć pod uwagę specjalne wymagania dotyczące procesu ładowania. Podczas ładowania pojazdu – trwającego nawet kilkanaście godzin – cały czas wykorzystywana jest bardzo duża moc elektryczna. Natomiast w przypadku, chociażby pralki, która ma również wysokie zużycie energii, trwa to tylko przez stosunkowo krótki czas (do podgrzania wody). W związku z tym instalacja pod stację ładowania, czyli odpowiednie przekroje przewodów i wyłączniki nadprądowe, powinna być dobrze przygotowana. Wyeliminuje to ryzyko przeciążenia instalacji, a w konsekwencji przegrzewania kabli i ryzyka wystąpienia pożaru

Stacja wyposażona w gniazdo (przypadek ładowania B)

Do podłączenia pojazdu EV ze stacją stosuje się przenośny kabel ładowania AC, posiadający wtyki z obu stron. Podczas ładowania wtyki blokowane są w gnieździe pojazdu i stacji.

Warto pamiętać, żeby stacja ładowania mogła awaryjnie odblokować wtyk podłączony do gniazda stacji w przypadku awarii zasilania. W przeciwnym razie spotka nas to, co spotkało prezesa Phoenix Contact Macieja Merka:

Funkcjonalność awaryjnego odblokowania wtyku może być już zaimplementowana w sterowniku ładowania (dodam, że wszystkie sterowniki CHARX już taką funkcjonalność mają) lub uzyskana dzięki specjalnym modułom odryglowania wtyku EM-EV-CLR-12V – 2903246.

Przyda się również sygnalizacja stanu stacji ładowania (gotowość, ładowanie, błąd itp.). Taką funkcjonalność zapewni nam gniazdo: EV-T2M3SO12-4P-R-BL-SET

Kabel podłączony na stałe do stacji ładowania (przypadek ładowania C)

W wersji C kabel ładowania jest na stałe podłączony do stacji ładowania. Jest to wygodniejszy sposób ładowania, ponieważ nie musimy korzystać z własnego, przenośnego kabla.

Monitorowanie prądu upływu

Ze względów bezpieczeństwa, każda instalacja elektryczna powinna być wyposażona w wyłącznik różnicowoprądowy.

Rys. Przykład powstawania prądów upływowych DC

Dzięki wykrywaniu minimalnych prądów upływu, powstałych na przykład wskutek drobnych uszkodzeń izolacji kabla urządzenie to odłącza niebezpieczne napięcie, chroniąc użytkownika przed poważnymi konsekwencjami zdrowotnymi, a nawet śmiercią.

Szczególne znaczenie ma to w przypadku ładowania pojazdów elektrycznych, gdzie wskutek uszkodzenia izolacji kabla może pojawić się prąd upływu AC, a z powodu uszkodzenia prostownika w pojeździe elektrycznym – składowa stała prądu.

Dlatego zgodnie z normą IEC 61851-1 w instalacji stacji ładowania pojazdów elektrycznych, należy zastosować jedno z poniższych rozwiązań:

• Wyłącznik różnicowoprądowy typu B

lub

• Wyłącznik różnicowoprądowy typu A wraz z odpowiednim sprzętem zapewniającym wyłączenie zasilania w przypadku pojawienia się prądu różnicowego DC większego od 6 mA. Takim rozwiązaniem może być zastosowanie kombinacji monitora prądu upływu, sterownika i stycznika. Monitor prądu upływu (EV-RCM-6DC-WAT – 1309697) po wykryciu minimalnego stałego prądu (6mA) wysyła sygnał alarmowy do sterownika, a ten wyłącza stycznik, przerywając proces ładowania. Dzięki takiemu rozwiązaniu nie jest konieczne używanie drogiego wyłącznika różnicowoprądowego typu B.

Wszystkie sterowniki ładowania firmy Phoenix Contact zostały zaprojektowane tak, aby wspierać realizację obu tych opcji.

Pamiętajmy, że nie wszystkie wallboxy są wyposażone w wyłącznik różnicowoprądowy. A jeśli są to zwróćmy uwagę jakiego typu zabezpieczenie zastosowano. Jeśli wallbox posiada wyłącznik różnicowoprądowy typu A, to bez monitora prądu upływowego DC nie będziemy prawidłowo chronieni!

Pozostałe komponenty do budowy stacji ładowania

• Zasilacz 12 V, np. STEP3-PS/1AC/12DC/2.5/PT – służy do zasilania sterownika ładowania.
• Ochrona przed przepięciami – jeśli wallbox zasilany jest z domowej instalacji elektrycznej, w której znajduje się ogranicznik przepięć min. typ 2, a odległość „po kablu” jest mniejsza niż 10m – to naszej stacji nie ma potrzeby doposażać w dodatkowy ogranicznik przepięć. W przeciwnym przypadku należy zainstalować ogranicznik typu 2.
• Wyłącznik nadprądowy – typ w zależności od układu sieci i prądu obciążenia.
• Stycznik – typ w zależności od układu sieci i prądu obciążenia. Powinien być zgodny z normą IEC 60947-4-1, kategoria AC-1. Podczas normalnej pracy nigdy nie jest otwierany pod obciążeniem. W sytuacjach awaryjnych, np. utrata sygnału CP, norma IEC 61851-1 pozwala na jego otwarcie. Aby zwiększyć bezpieczeństwo można monitorować zestyki NO pod kątem ich zespawania.
• Dochodzą jeszcze złączki szynowe, dzięki którym realizujemy główne przyłącze zasilania oraz wszelkie połączenia wewnętrzne (jak np. rozprowadzenie zasilania urządzeń niskonapięciowych).

Dokładne schematy połączeń i konfiguracji można znaleźć w instrukcji obsługi sterownika do ładowania.

Więcej o kompletnym wyposażeniu stacji ładowania pojazdów elektrycznych dowiesz się na stronie www: 

>> Podzespoły do stacji ładowania dla elektromobilności | Phoenix Contact